复合材料薄板结构中的声学黑洞效应探究

声学黑洞（ABH）作为一种新型波操控技术，通过裁剪结构厚度以实现波能量的聚集与耗散，在工程结构的减振降噪、能量回收等方面具有很好的应用前景。碳纤维复合材料（CFRP）具有质量轻、高比强度和比模量的特点，广泛应用于航空工程结构中。为了探究复合材料结构中的ABH效应，本文针对内嵌式的碳纤维复合材料ABH薄板结构（CFRP-ABH），利用有限元方法验证了其能量聚集效应，并探究了铺层角度对能量聚集效应的影响。另外，通过仿真计算和实验测试，研究分析了CFRP-ABH结构的动力学特性。结果表明，在200～3 000 Hz的频率范围内，CFRP-ABH结构的振动水平相对于均匀厚度板有5～18 dB的降低，表现出优秀的宽频减振性能。     

直升机主减机匣结构振动噪声分析与优化

针对直升机主减速器机匣的振动噪声问题,对机匣进行基于频率响应和模态贡献量的结构动力学特性分析,给出机匣的振动特性,并确定对结构振动特性起主要影响的模态.利用间接边界元与有限元相结合的方法,应用基于结构面板声功率贡献量的分析方法,进行结构噪声功率分析和结构噪声功率面板贡献量分析,给出机匣的声学辐射特性,找出相应激励频率下对结构噪声功率贡献量最大的面板.以该面板为设计域进行结构拓扑优化,并根据优化结果合理布置加强筋,以提高结构刚度,达减振降噪的目的.结果表明:结构速度频率响应峰值下降了36%,减振效果良好,结构声功率级有了明显的降低,其中声功率级峰值下降了5dB,降噪效果良好,为直升机主减机匣提供了一种可行的减振降噪方法.      

欧直自适应旋翼技术研发计划进入试飞阶段

解决直升机噪声高、振动大的"顽疾"一直是各国直升机研究和工业界的目标. 欧直采用一种全新的减振降噪技术,已使其新一代直升机的噪声水平满足了适航当局规定的最新标准.     

基于缩比模型的薄壁结构声振响应等效研究

声振试验是研究强噪声作用下结构动力学响应的一种有效方法。然而，高声强、宽频率噪声环境的试验室模拟是声振试验面临的挑战之一。为了降低声振动试验对严酷噪声环境的依赖性，本文提出了一种等效方法。根据该等效方法，缩比模型在等效外力作用下，可获得和全尺寸结构完全一致的结构响应。提出的等效方法可以评估不同类型的噪声激励，包括集中力、点声源、面声源和混响声场等激发的结构振动，而不需要模拟更宽频率的外激励。为了验证该等效方法的可靠性，研究对不同方法，包括数值计算、地面试验和等效方法等获得的结构频域响应结果进行对比，对比结果表明基于缩比模型的等效方法能准确地预测全尺寸结构的动载荷响应。此外，本研究还讨论了不同支撑边界和材料效应对等效方法的影响，进一步扩展了等效方法的适用范围。     

颗粒阻尼对直升机旋翼桨叶减振效果的试验

 为探索直升机减振技术的新方法,研究颗粒阻尼技术在直升机旋翼桨叶减振中的应用,设计了直升机旋翼桨叶模型及其相应的颗粒阻尼器形式,利用试验方法研究了颗粒阻尼对非旋转及旋转桨叶模型的阻尼减振效果。试验结果表明：颗粒阻尼可以有效提高非旋转桨叶模型的前3阶阻尼水平,尤其可使桨叶第3阶模态阻尼比提高一个数量级甚至更多;在较低的转速范围内,颗粒阻尼还可以克服离心力作用,使旋转桨叶模型的挥舞和摆振加速度响应水平均得到有效削减,充分表明了颗粒阻尼作为一种振动控制手段应用于直升机旋翼桨叶的可行性。     

用于直升机舱内降噪的主减周期撑杆研究

主减速器齿轮啮合产生的中高频谐波振动是直升机舱内噪声的主要来源之一,通过抑制该振动向机体的传递可达到舱内降噪的目的。基于金属/橡胶周期结构,提出了一种适用于直升机舱内降噪的串/并联复合型主减周期撑杆,不仅具有宽频减振特性,而且能够满足直升机对撑杆的强度和刚度要求。为指导这种周期撑杆的设计,首先采用谱单元法建立了复合型主减周期撑杆的动力学模型,进一步建立了该周期撑杆的刚度和强度分析模型;在此基础上,分析得到了该周期结构的主要设计参数对减振特性、刚度及强度的影响规律;最后,以某轻型直升机为背景机设计了复合型主减周期撑杆,对其减振特性、刚度及强度特性进行了仿真研究,结果表明：所提出的设计方案可满足该直升机对主减撑杆的刚度和强度要求,且撑杆两端位移传递率在500~2 000 Hz频率范围内的最大振动衰减超过60 dB,验证了本文所提出复合型周期撑杆方案的可行性。     

整流罩用降噪材料与结构及声场分析方法

为了有效改善整流罩内声振环境,最常见并且高效的方法是通过在整流罩的壁面铺覆降噪材料来降低噪声的声压级。本文总结了国内外整流罩降噪材料的工程应用及研究进展,详细介绍了几种主要降噪材料的基本性能和降噪原理,对不同频段下适用的声场分析方法及过程作了阐述,并提出了对我国在降噪材料领域研究发展的建议。     

计入结构柔性的直升机主减速器振动特性分析

以直升机主减速器为研究对象，运用有限元/集中参数混合方法建立计入传动轴和机匣结构柔性的直升机主减速器混合动力学模型。研究了柔性机匣结构对系统振动特性的具体影响。结果表明:耦合柔性机匣结构后，各阶固有频率值降低，局部系统振幅明显改变，且使齿轮系统的共振峰幅值降低，共振转速数量减少；柔性机匣结构对动态啮合力的影响较小，而对轴承支反力的波动幅值影响显著且可分为3类,即波动幅值减小、基本不变和增大，并给出评价准则。研究结果为直升机主减速器的减振降噪与动态性能优化奠定了基础。      

基于二维频谱方法的直升机噪声源的分辨与提取

针对直升机飞行时其噪声中多种噪声源相互混叠难以分辨的问题,通过随机信号理论分析,结合直升机噪声信号的特点,发展了基于二维频谱分析的直升机噪声源分辨与提取模型及方法,在此基础上将该方法应用于剪刀式尾桨直升机尾桨噪声信号的频域提取与分析.本文首先推导了这种方法的理论模型,并给出相应的求解方法;然后采用该方法分别对模拟和实测的直升机总体噪声信号进行分析,计算结果表明该方法可以有效地提取出总体噪声中的各谐波成份.最后通过对剪刀式尾桨直升机噪声的分析,获得了剪刀式尾桨降噪的机理.     

吊挂安装效应对热喷流噪声影响实验

利用位于全消声室中的热喷流噪声实验台对涵道比为5.5的分开式排气系统进行了吹风实验,研究了在起飞工况下吊挂的安装效应对喷流噪声和锯齿型喷管降噪效果的影响。结果表明:吊挂的安装效应改变了喷流噪声周向的频谱特性;安装效应降低了喷流噪声低频段的噪声并导致高频噪声增加;安装效应对吊挂上方位置低频段噪声降噪量最大,其最高频谱降噪量为3.7dB;带吊挂锯齿型喷管对吊挂上方喷流噪声影响较小,但是会降低吊挂下方和侧面的低频段噪声,其中对吊挂下方低频段噪声降噪量最大,频谱降噪量最大约1.3dB;锯齿型喷管对侧面位置的高频噪声影响最大;吊挂的安装效应对喷流噪声远声场总声压级指向性影响不大。      

客机发动机转子噪声主动控制研究

基于飞机结构的振动信号和舱内噪声信号,采用FXLMS(Filtered-x Least Mean Square)算法设计主动降噪系统对发动机转子引起的飞机客舱内噪声进行区域化降噪控制。首先对主动降噪技术的基本原理以及采用的算法进行了阐述和推导;然后对客舱中布置的麦克风及振动传感器采集到的舱内噪声和结构振动信号进行分析,依据分析结果计算出舱内空间的声场分布情况,并在噪声较大区域安装麦克风作为主动降噪系统的降噪目标。基于相干性原理,计算了飞机结构振动信号与舱内噪声信号之间的相干性,并依据计算结果选取相干性最高的一组振动信号作为主动降噪系统的参考输入信号。最后在客舱中安装若干扬声器作为次级声源,实际测试其到目标区域麦克风之间的误差通道,根据测试的误差通道传递函数并结合振动、噪声数据进行主动降噪仿真。仿真结果表明设计的主动降噪系统能够在目标区域取得明显的降噪效果。     

应用非均布桨叶设计方法的旋翼降噪技术研究

为降低直升机旋翼噪声水平,本文建立了一种通过改变旋翼噪声辐射方式的降噪方法.运用脉冲近似和傅立叶变换法对非均布桨叶产生的气动噪声进行研究,并采用三角调制改变旋翼桨叶的间距角,从而避免声学能量在单一通过频率上集聚,使其重新分布在一系列不同的通过频率上.文中给出了分析桨叶非均布噪声特性的方法,分别对3片、4片、5片及6片桨叶构型产生的相对声压幅值和相对声压级进行了计算和分析,并绘出了相关的频谱图.通过分析,得到一些有意义的结论.     

弹性空腔流致噪声/结构振动特性试验

高速空腔中经常存在高强度且多频率分量的流致噪声,空腔噪声与结构振动之间耦合效应严重,甚至可能发生结构共振。为此,在0.6m×0.6m高速风洞中,通过调整空腔底板厚度,改变其结构固有频率,模拟空腔流致噪声/振动相互作用。利用脉动压力和振动加速度测试技术,获取亚跨声速条件下,弹性空腔流致噪声特性及其结构振动响应特性。马赫数变化范围为0.6~1.2。结果表明,当振动强度较弱时,结构振动对空腔噪声影响较小,而空腔噪声对结构振动影响较大,在噪声载荷主频位置,振动谱出现峰值并且噪声/振动相关性达到最强;此外,空腔结构振动还与其固有频率特性密切相关,振动主要以低阶模态为主。     

基于主动后缘小翼控制的旋翼厚度噪声试验

基于声压相消原理,提出了一种基于主动后缘小翼控制的旋翼厚度噪声降噪方法。基于Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方法给出了后缘小翼主动控制条件下旋翼气动噪声的计算公式;进行了试验总体方案设计,在全消声室开展了噪声主动抑制的开环试验(扫频、扫相和扫幅),并与数值计算结果进行了对比,验证了计算方法及试验的有效性;分析了后缘小翼偏转参数(幅度、频率、初始相位)对旋翼厚度噪声降噪的影响规律;分析了观测距离对厚度噪声降噪的影响。试验结果表明:不同频率的偏转规律均有一个最优的初始控制相位,合适的偏转规律相位能有效降低桨盘平面内观测点的厚度噪声2～3 dB。     

聚能爆破切割清理弹射通道技术

 考虑到飞机隐身等因素,飞机驾驶舱顶部为金属结构而不是传统的座舱盖结构,在弹射救生过程中,采用聚能爆破切割技术,切割金属结构形成"座舱盖"并抛放以清理弹射通道,且已在B-1B、B2飞机上采用。利用座舱顶部金属结构平板件,对聚能切割器装药量、切割厚度,切割过程冲击噪声对飞行员的影响、爆破飞溅物对飞行员的损伤防护等进行了分析和试验研究,并将冲击噪声对飞行员的影响与国军标的要求进行了对比。通过本次研究,将为以后的工程应用提供基础性依据。     

应用统计能量方法分析小型飞机座舱内部振动和噪声

飞机座舱内部振动／噪声的预测对改进飞机性能具有重要意义，并为实际飞机设计和噪声控制措施提供理论依据。建立了小鹰-500飞机（LB500）全机的统计能量分析模型，应用统计能量分析方法对该小型飞机在发动机作用下和紊流边界层的激励下舱内前后排乘员耳部噪声及结构振动响应进行了分析，预测了飞机舱内的振动／噪声分布。通过采用隔振和吸声改进措施，降低了飞机座舱内的振动和噪声水平。     

仿生学翼型尾缘锯齿降噪机理

采用大涡模拟与声类比的方法研究了尾缘锯齿对翼型自噪声的影响。以SD2030翼型为研究对象,设计的尾缘锯齿幅值为10%弦长,周期为4%弦长。模拟了来流速度为31 m/s、0° 攻角下直尾缘翼型与锯齿尾缘翼型的流场,对应的基于弦长的雷诺数约为310 000。详细分析了尾缘锯齿对翼型尾缘湍流流场的影响,并通过FW-H方程计算大涡模拟提取的声源项,得到直尾缘翼型与锯齿尾缘翼型的声场。研究发现,锯齿尾缘可以明显降低翼型中低频范围内的噪声,在4 000 Hz以下,窄带噪声最多可降低约16 dB。但尾缘锯齿对翼型气动性能有着不利影响。进一步研究表明,该状态下翼型噪声主要由层流边界层引起的涡脱落噪声主导,尾缘锯齿可以抑制层流边界层引起的涡脱落现象,降低翼型升力脉动与尾缘附近的表面压力脉动,减弱尾缘处的低频湍流脉动与涡量,并有效降低尾缘附近涡的展向相关性,这些因素的综合作用使得翼型自噪声降低。     

Adaptive Blade Twist – calculations and experimental results

Applying adaptronics to helicopters has a high potential to significantly suppress noise, reduce vibration, and increase the overall aerodynamic efficiency. This paper presents recent investigations on a very promising specific concept described as Adaptive Blade Twist (ABT). This concept allows us to directly control the twist of the helicopter blades by smart adaptive elements. This influences positively the main rotor area which is the primary source for helicopter noise and vibration. Since the interaction of non-stationary helicopter aerodynamics and elastomechanical structural characteristics of the helicopter blades causes flight envelope limitations, vibration and noise, a good comprehension of the aerodynamics is essential for the development of structural solutions to effectively influence the local airflow conditions and finally develop the structural concept. With respect to these considerations, the ABT concept will be presented.This concept is based on the actively controlled tension-torsion-coupling of the structure. For this, an actuator is integrated within a helicopter blade that is made of an anisotropic material based on fiber composites. Driving the actuator results in a local twist of the blade tip in such a way that the blade can be considered as a torsional actuator. Influencing the blade twist distribution finally results in a higher aerodynamic efficiency.The paper starts at giving a review on conventional concepts and potential adaptive solutions for shape control. After, some calculations of the adaptive twist control concept are presented. These are based on a representative model in which the active part of the rotor blade is simplified with a thin-walled rectangular beam, that is structurally equivalent to a model rotor blade of the Bo105 with a scaling factor 2.54. The calculations are performed using an expanded Wlassow theory. The results are valid for static and dynamic conditions. For the dynamic condition excessive deformations near the blade resonance frequency shall be utilised. Therefore, the actuated blade section has to be properly designed for this precondition. This has been demonstrated and verified in experiments, which will not be discussed in this paper.For experimental investigations on the ABT concept the skin of the outer part of the model rotor blade was manufactured of fibre composite material using the above mentioned tension-torsion-coupling effect with an additional uncoupling layer between skin and spar. The experimental results have shown that near to the resonance frequency dynamic forces of 550±550 N are required for a deformation of ± 3 degrees at the blade tip.